專利名稱：變焦透鏡的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及變焦透鏡，更特別地，涉及后聚焦型(retrofocus)變焦透鏡。
背景技術：
投影儀是將在個人計算機、視頻照相機等上形成的圖像投影到大的屏幕上以供觀 察的裝置，并且被廣泛用于諸如會議、報告和家庭電影觀賞的情況。對于投影儀存在幾種要 求。例如，一般希望用于投影儀的變焦透鏡(投影透鏡)具有足夠的后焦距的長度、在其縮 小共軛側為遠心的(telecentric)，并具有較小的橫向色差和較小的畸變。為了便于安裝，還希望意欲用于投影儀的變焦透鏡具有較短的投影距離。因此，采 用后聚焦型透鏡配置，在所述后聚焦型透鏡配置中，相對于光闌設置在放大共軛側的前透 鏡單元具有負折光力，并且設置在縮小共軛側的后透鏡單元具有正折光力的。但是，后聚焦型透鏡關于光闌是不對稱的，并因此常常導致負的畸變和/或橫向 色差。對于希望在縮小共軛側遠心的投影儀透鏡尤其如此。隨著這種不對稱的特性變得更 加顯著，包含于后透鏡單元中的正透鏡元件的折光力增加。因此，球面像差和諸如縱向色差 的縱向像差變得更加難以校正。隨著最近對于投影圖像的電視(TV)畸變的問題的認識，還希望減少畸變。并且， 隨著最近的分辨率的增加，希望更嚴格地抑制色差。為了校正在后聚焦型透鏡中出現(xiàn)的畸變，一般通過在前透鏡單元中的邊緣光線高 度大的位置處設置正透鏡元件使得光線被會聚而產生正畸變。在這種配置中，橫向色差也 被校正。但是，由于橫向色差的校正水平隨著波長改變，因此短波長的光線趨于被過校正。為了解決這種問題，公開了幾種校正由短波長光線導致的過校正的橫向色差的技 術，在這些技術中，在后透鏡單元中的邊緣光線高度大的位置處設置導致大的色分散的元 件。在日本專利公開No. 2001-100100中，最后的透鏡由異常高色散(dispersion)玻 璃制成。但是，由這種技術產生的校正的效果有限。在日本專利公開No. 2001-154091和 No. 2002-048974中，“色(chromatic) ”膠合透鏡被設置為最終的透鏡元件。雖然該技術可 能比在日本專利公開No. 2001-100100中公開的技術更有效，但是，膠合表面大，并且這里 采用的透鏡元件的組合導致球面像差。因此，即使減少橫向色差，分辨率也不增加。鑒于以 上，在日本專利公開No. 2001-100100,No. 2001-1M091和No. 2002-048974中公開的技術沒 有提供足以滿足最近對于意欲用于投影儀的變焦透鏡的要求的性能。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供具有較少的畸變并表現(xiàn)良好的成像性能的變焦透鏡。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，變焦透鏡包括被設置在放大共軛側的端頭 (extremity)處并具有負折光力的第一透鏡單元；和被設置在縮小共軛側的端頭處并具有 正折光力的最后的透鏡單元。最后的透鏡單元在縮小共軛側的端頭處包含膠合透鏡。膠合透鏡具有正折光力并包含正透鏡元件和負透鏡元件。變焦透鏡滿足以下的條件Vn-Vp > 0nN-nP > 02. 0 < fe/fw < 6. 5這里，nP和Vp分別表示所述正透鏡元件的折射率和Abbe數(shù)，nN和vN分別表示所 述負透鏡元件的折射率和Abbe數(shù)，fe表示最后的透鏡單元的焦距，以及fV表示變焦透鏡 在廣角端的焦距。從參照附圖對示例性實施例的以下描述，本發(fā)明的其它特征將變得清晰。


圖1表示根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的變焦透鏡的廣角端的配置。圖2表示根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的變焦透鏡的像差。圖3表示根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的變焦透鏡的廣角端的配置。圖4表示根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的變焦透鏡的像差。圖5表示根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的變焦透鏡的廣角端的配置。圖6表示根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的變焦透鏡的像差。圖7示意性地表示彩色液晶投影儀的相關部分。
具體實施例方式現(xiàn)在將參照附圖詳細描述本發(fā)明的實施例。根據(jù)以下的實施例的變焦透鏡分別包含光闌、相對于光闌被設置在放大共軛側 的負的前透鏡單元、以及相對于光闌被設置在縮小共軛側的正的后透鏡單元。換句話說，各 變焦透鏡包含具有負折光力并被設置在放大共軛側的端頭處的第一透鏡單元和具有正折 光力并被設置在縮小共軛側的端頭處的最后的透鏡單元。后透鏡單元(最后的透鏡單元) 在縮小共軛側的端頭處包含膠合透鏡。膠合透鏡包含正透鏡元件和負透鏡元件，并且總體 上具有正折光力。這里，使所述膠合透鏡的正透鏡元件的折射率和Abbe數(shù)分別由nP和Vp 表示，并使所述膠合透鏡的負透鏡元件的折射率和Abbe數(shù)分別由nN和vN表示。那么，滿足 被表達為vN > Vp和nN > nP的條件式。并且，變焦透鏡被配置為關于最后的透鏡單元的焦距fe和變焦透鏡在廣角端的 焦距fV滿足以下的條件2. 0 < fe/fw < 6. 5因此，在如上面那樣配置的根據(jù)以下的實施例中的每一個的變焦透鏡中，即使后 焦距加長并且縮小共軛側的遠心性增強，變焦透鏡也有益地表現(xiàn)具有較少的畸變的良好的 成像性能。根據(jù)以下的實施例中的每一個的變焦透鏡可包含五個、六個或更多個透鏡單元。 具體而言，變焦透鏡可具有以下的配置中的任何配置其中，按照從放大共軛側起的順序， 設置包含負、正、正、正和正透鏡單元(第三實施例)或負、正、正、負和正透鏡單元的五個透 鏡單元；設置包含負、正、正、正、負和正透鏡單元(第一實施例)，負、正、正、負、正和正透鏡 單元(第二實施例)或負、正、負、正、負和正透鏡單元的六個透鏡單元；設置包含負、正、正、正、負、正和正透鏡單元或負、正、正、正、正、負和正透鏡單元的七個透鏡單元；等等。在這些 配置中的每一個中，后透鏡單元與從縮小共軛側計數(shù)的第一和第二透鏡單元、或者第一到 第三透鏡單元對應，并且，前透鏡單元與包含于后透鏡單元中的那些透鏡單元以外的透鏡 單元(相對于后透鏡單元在放大共軛側的所有透鏡單元)對應。第一實施例圖7示意性地表示本發(fā)明的所有的以下的實施例共同的圖像投影裝置的相關部 分。圖7所示的圖像投影裝置是應用上述的變焦透鏡的三板(three-panel)、彩色液 晶投影儀。在裝置中，通過顏色合成單元合成基于多個液晶板的多種顏色的多條圖像信息， 并且，得到的圖像通過變焦透鏡被放大并被投影到屏幕表面(投影的表面)上。在圖7所示的彩色液晶投影儀101中，來自三個液晶板105R、105G和105B的光的 紅色(I )、綠色(G)和藍色(B)光線通過顏色合成單元(棱鏡)102被合成，以沿單一路徑行 進，并且，合成的光線通過作為上述的變焦透鏡的變焦透鏡(投影透鏡)103被投影到屏幕 104 上。現(xiàn)在將參照附圖描述包含于圖像投影裝置中的根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的變焦 透鏡。圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的變焦透鏡(廣角端處)的配置的截面圖。變 焦透鏡包括總共包含十五個透鏡元件的六個透鏡單元。具體而言，變焦透鏡從放大共軛側 起依次包含負的第一透鏡單元10和20、正的第二透鏡單元30、正的第三透鏡單元40、正的 第四透鏡單元50、負的第五透鏡單元60和正的第六透鏡單元(最后的透鏡單元)70。透鏡 單元之間的距離在變焦中改變。在這十五個透鏡元件之中，從放大共軛側起計數(shù)的第二透 鏡元件是非球面的(在兩個表面上)。在第一實施例中，當執(zhí)行變焦時，第一透鏡單元10和 20以及第六透鏡單元70是靜止的，而第二到第五透鏡單元30 60移動。第四透鏡單元50 主要負責變焦。當執(zhí)行聚焦時，第一透鏡單元10和20 (具體而言，第一透鏡單元10和第二 個第一透鏡單元20)移動，使得其間的距離(相對距離)改變。隨著焦點從無限遠物體向 近距離物體改變，第一透鏡單元10和20沿使得變焦透鏡回縮的方向(向縮小共軛側)移 動。表1概括與第一實施例對應的數(shù)值例。在數(shù)值例中，4表示變焦透鏡的焦距，ω 表示半視角，以及F表示f數(shù)。在表1中，表面序號表示給予從放大共軛側起依次計數(shù)的 透鏡元件的表面中的每一個的序號。并且，r表示曲率半徑，d表示表面之間的距離(到下 一序號表面的物理距離)，并且，nd和Vd分別表示透鏡元件的材料的對于d線的折射率和 Abbe數(shù)。從放大共軛側起計數(shù)的第i個透鏡元件的厚度和空氣間隙被表示為di。標有星 號(*)的表面序號意味著該表面具有根據(jù)以下的函數(shù)的非球面形狀χ = (y2/R) / [1+ U- (1+K) (y2/R2)}1/2] +Ay4+By6+Cy8+Dy10+Ey12這里，y表示徑向的坐標，以及χ表示光路方向的坐標。在表1中表示非球面形狀 的系數(shù)。在表1中示為“可變”的表面之間的距離在變焦或聚焦中是可變的。雖然光闌在 第一實施例中被設置為第十七個表面，但是不必在所有的實施例中設置光闌。即，保持變焦 透鏡的透鏡元件中的任一個的機械透鏡鏡筒可用作光闌，或者，邊緣光線與光軸相交的位置可被稱為光闌。以上給出的符號和后綴對于所有的實施例是共同的。第六透鏡單元70即最后的透鏡單元是從放大共軛側起依次包含正透鏡元件和負 透鏡元件的膠合透鏡，并且是色透鏡。使包含于該膠合透鏡中的正透鏡元件和負透鏡元件 的Abbe數(shù)分別由Vp和vN表示。這里，要滿足以下的條件式Vn-Vp > 0··· (1)更具體而言，要滿足以下的條件式30. 0 > Vn-Vp > 5. 0... (Ia)條件式(Ia)的下限可變?yōu)?0. 0。更具體而言，要滿足以下的條件式20. 0 > vN-vP > 10. 0... (Ib)并且，使包含于該膠合透鏡(縮小共軛側的端頭處的膠合透鏡)中的正透鏡元件 和負透鏡元件的折射率分別由nP和nN表示。然后，根據(jù)第一實施例的變焦透鏡滿足以下的 條件式nN-nP > 0... (2)這樣的配置減少在后聚焦透鏡(在放大共軛側的端頭處包含具有負折光力的透 鏡單元的變焦透鏡)的后透鏡單元(相對于光闌設置在縮小共軛側)中顯著出現(xiàn)的欠側 (under side)的球面像差。更具體而言，要滿足以下的條件式0. 10 > nN-nP > 0. 02... (2a)即，第一實施例中的第六透鏡單元70由于其色特性的效果而以比已知的玻璃材 料高的色散性校正橫向色差，并且還由于其膠合表面處的負折光力的效果而減少球面像 差。因此，根據(jù)第一實施例的變焦透鏡表現(xiàn)出比已知的變焦透鏡更改善的性能。膠合表面的 凸面方向對于提高性能也是重要的。在縮小共軛側的端頭處的透鏡位置處，軸向光束向著 縮小共軛面會聚。對于這種會聚的光線束，與其它的即使具有相同的折光力的情況相比，如 第一實施例那樣向著縮小共軛側凸起的膠合表面也具有導致光線束更顯著地發(fā)散的效果。 因此，產生更大的球面像差的校正效果。相反，如果從放大共軛側起依次設置負透鏡元件和 正透鏡元件，那么由入射到膠合表面上的軸向光線束形成的折射角度顯著變小。因此，與其 它的即使具有相同的負折光力的情況相比，過側(over side)的球面像差的量更多地減小。 可根據(jù)需要的球面像差的校正量確定膠合表面的凸面的方向。在第一實施例中，膠合表面 向著縮小共軛側凸出。這里，使包含于膠合透鏡中的正透鏡元件的焦距和Abbe數(shù)分別由fP和Vp表示；包 含于膠合透鏡中的負透鏡元件的焦距和Abbe數(shù)分別由&和vN表示；且膠合透鏡的焦距由 f表示。然后，要滿足以下的條件式
權利要求
1.一種變焦透鏡，包括第一透鏡單元，所述第一透鏡單元被設置為最接近放大共軛側并具有負折光力；和 最后的透鏡單元，所述最后的透鏡單元被設置為最接近縮小共軛側并具有正折光力， 所述最后的透鏡單元包含被設置為最接近縮小共軛側的膠合透鏡，所述膠合透鏡具有正折 光力并包含正透鏡元件和負透鏡元件，所述變焦透鏡的特征在于滿足以下的條件Vn-Vp > 0nN-nP > 0，。2.0 < fe/fw < 6. 5這里，nP和Vp分別表示所述正透鏡元件的折射率和Abbe數(shù)，nN和vN分別表示所述負 透鏡元件的折射率和Abbe數(shù)，fe表示所述最后的透鏡單元的焦距，以及fw表示所述變焦 透鏡在廣角端的焦距。
2.根據(jù)權利要求1的變焦透鏡，其中，所述正透鏡元件相對于所述負透鏡元件被設置 在放大共軛側。
3.根據(jù)權利要求1的變焦透鏡，其中，所述負透鏡元件相對于所述正透鏡元件被設置 在放大共軛側。
4.根據(jù)權利要求1 3中的任一項的變焦透鏡，其中，所述膠合透鏡在變焦中是靜止的。
5.根據(jù)權利要求1 3中的任一項的變焦透鏡，其中，所述第一透鏡單元和所述最后的透鏡單元在變焦中是靜止的，并且， 其中，通過移動設置在所述第一透鏡單元和所述最后的透鏡單元之間的至少一個透鏡 單元執(zhí)行變焦。
6.根據(jù)權利要求1 3中的任一項的變焦透鏡，滿足以下的條件 VN-Vp > 5· Oo
7.根據(jù)權利要求1 3中的任一項的變焦透鏡，滿足以下的條件
8. 一種圖像投影裝置，包括根據(jù)權利要求1 3中的任一項的變焦透鏡；和圖像顯示器件，所述圖像顯示器件相對于所述變焦透鏡被設置在縮小共軛側， 其中，來自圖像顯示器件的光通過所述變焦透鏡被投影在投影面上。
全文摘要
提供具有較少的畸變并表現(xiàn)良好的成像性能的變焦透鏡。變焦透鏡包含被設置在放大共軛側的端頭處并具有負折光力的第一透鏡單元和被設置在縮小共軛側的端頭處并具有正折光力的最后的透鏡單元。最后的透鏡單元包含縮小共軛側的端頭處的膠合透鏡。該膠合透鏡具有正折光力。變焦透鏡滿足具體的條件式。
文檔編號G03B21/00GK102103254SQ20101058838
公開日2011年6月22日 申請日期2010年12月15日 優(yōu)先權日2009年12月22日
發(fā)明者豬子和宏 申請人:佳能株式會社